周孝信：我国新一代电力系统的发展前景

编者按：2018年1月12日，由中国科学院科技战略咨询研究院、国际能源署(IEA)、联合国项目事务署(UNOPS)指导，中国能源研究会分布式能源专业委员会、中国能源网等联合主办，国家电网公司、汉能控股集团等协办的“2018未来能源大会”在北京隆重召开。中国科学院院士、IEEE院士周孝信做了题为《我国新一代电力系统的发展前景》的主题演讲，本文系根据他的发言进行整理，并略有删节!

各位专家、各位领导大家上午好!我从大电网的发展讲一下《我国新一代电力系统的发展前景》。

主要内容包括以下几点：

第一，三代电网与新一代电力系统。

第二，新一代电力系统的主要技术特征。

第三，几类技术突破的全局性影响。

第四，总结。

这是我几年前提出来的一个理念。我们纵观全世界，电力系统与发展根据其主要特征，包括技术特征及其他宏观的一些特征，可以分成三个阶段：

第一阶段，上个世纪50年代以前，叫第一代电网。第一代电力系统，主要的特点是输电特别低，另外电网规模很小，小机组，这是一系列的特征。

第二阶段，上世纪后50年，实际上从全世界来讲，是二次大战以后，电力发展很快。面对这样一个情况，整个电力系统的发展从小规模向大规模发展，技术越大越精密，电压等级越高能力越强，大电网也是一样。所以总的特点就是大机组、超高压、大电网、交直流与互联电网。大家以前也都很自豪，我们有这么大规模的网络系统。但实际上它是不可持续的，因为它主要还是以化石能源为主，包括资源问题，包括环境问题，所以被认为是一个不可持续的发展模式。

第三阶段，新一代电力系统。我们调研的结果，事实上国外上世纪90年代开始有这样一个发展的趋势，我们国内还是新世纪中叶，应该是以可再生能源和石油发电为主，2020年我们希望这个份额能达到70-80%。另外还有一个就是网络的问题，网络应该是骨干电网和局部电网及微电网的结合，再有就是电源，电源就是主力电源，对中国来说还是要主力，分布式电源要结合。

总的来说，它是一个基于可再生能源和清洁能源，是一种可再生发展的综合电力的发展模式。

我们最近做了一个很简单的模型分析，在国家宏观目标的指引下，宏观目标一个是“十三五”规划，再一个就是能源局、发改委公布的2016-2030年能源生产和消费革命战略，事实上它也展望了2050年的情况。根据这些目标，我们算了一下，应该说是估算，不是从最底层的需求来做起，把整个电力的结构，包括装机容量，包括发电量。但是它的前提条件是有一些技术条件，比如说规划性能源占能源市场的百分之多少?还有根据人口和人均用电量的数据来进行的推算。

刚才讲了能源转型以及战略目标，“十三五”规划提出来2020年的目标，2016-2030年的战略。根据模型分析的结果，我们做了几种情景，其中有一种情景，我们认为还是比较合理的，但也不一定，这个大家再探讨。

另外，我们还对电力方面做了一个分析，比如说做了年均用电量，这个是给定的，这也是“十三五”规划的是五千度，2030年是六千千瓦时，后面多少?2035年是多少?2050年是多少?估计2035年是七千度，2050年九千度。非化石能源电量比重2030年应该是50%，那么到2050年是多少?这个大家也有不同的看法，我做的情景是2035年是55%，2050年是78%，其中核能占10%几，所以其他的可再生能源大概是不到70%的样子，这是从电量来看。

另外还做了其他的，比如能源系统二氧化碳的排放。算的结果，目前的情况大概是80多亿吨，2030年90多亿吨，这个是完全能源系统的二氧化碳排放量，不包括全部。所以煤炭的排放占比多少?这里都有一些数据，这是供给大家参考的，并不是一个科学的、严谨的预测。

刚才说了总结，从电网来说，我们觉得一个是大规模西电东送，2020年到2.7亿千瓦，这么一个数，未来我们希望还会有大的发展，可能到4.5亿-5.5亿千瓦，这是最大的，但是现在还不太好说。再一个是分布式能源的发展，分布式发展应该是互为补充、优化组合。

新一代电力系统的主要技术特征，从技术来说，我们归纳了四个：

第一，高比例可再生能源电力系统。

第二，高比例电力电子装备电力系统。这是输电和配电，不再展开。

第三，多能互补的综合能源电力系统。这里特别注意的是我们用户侧用电用能要综合利用，降低能源消费，这是非常重要的一点，电力系统应该义不容辞地参与到这里头去，为大家提供综合能源服务。各地都是这么做的，这是一个正确的方向。

第四，信息物理融合的智能电力系统。

甘肃现在这个比例就比较高，它的比例是多少?装机容量比全省的总装机是41%，这个很高了，将来全国都要这样，可能比这个还高，它现在遇到的问题是它的电网比较薄弱，当然还有弃风、弃光，这个不多说了，这是第一点。

第二个是电子装备，我们画了一张图，2016年我国的超特高压直流输电工程，还有进一步发展，包括刚才讲的西部的直流输电网的一个设想。

第三个是多能互补，我们可以将综合能源系统分成两部分，一个叫源端基地综合能源电力系统区域，我们说了希望在区域形成一个网络。第二个将来这么多的可再生能源不能全靠电网来输送，还要就地消纳，就地转化，把它变成可储存、可运输的一些能量。如果这个问题靠常规的储能是解决不了的，要靠运输氢，首先要生产氢，要用多余的电力，甚至不只是多余的电力，做风能、太阳能就是为了转化。所以我们叫源端基地综合能源电力。

还有一个就是终端综合能源电力系统，我觉得中国秦岭淮河以南的冬天非常难过，我也深有体会。要解决，怎么解决?我也是觉得用地热。我曾经在北京郊区问零下15度怎么样?他说效果可以，北京冬天有热供嘛。这个终端综合能源解决大有可为，包括示范，包括地方自发做，这些东西多得很，希望我们能源网，我们分布式专委会能够加大关注类似这样的问题。

第四就是信息物理融合的智能电力系统，现在又发展能源互联网，能源互联网我的理解有这么三点：

第一点，是以电力系统为核心和纽带，多种能源互联互通的能源网络。通过多能协同互补，大幅度提高能源综合利用效率。我们现在的效率是多少?总的效率只有20%几，如果这个能够提高的话，整个效率会到40%-50%可以替代，所以能源互联网要通过多能互补大幅度提升效率。

第二点，是能源系统与互联网技术深度融合的信息物理系统。以互联思维和技术改造传统电力系统，广泛应用网链、大数据、云计算，大幅度提升能源电力系统的灵活性、适应性、智能化和运营管理水平，大幅度提高接收波动性可再生能源的能力，助力能源转型。

第三点，是以用户为中心的能源电力运营商业模式和服务业态，向用户提供便捷互动的能源电力信息综合平台。我曾经提出来我们的能源电力如何提供一个综合服务?因为我们的光纤系统很发达，包括输电，包括发电。为什么是光纤呢?光纤的利用率很低，它的量还很小，充分利用起来那是非常高的，当时我还是体会不到，但现在我觉得这个可以打破。

再来说一下几类技术突破的全局性影响：

1、高效低成本太阳能、风能发电和电网友好技术。这个还是要真正做到能够比常规的电力还便宜，而且容易推广，更接近用户，这就是我们未来可期待的。

2、高效低成本长寿命储能技术。这个进步也很快，但是总的来说不理想。目前来说电动汽车的储能和我们电力电网的储能要求不尽相同，我们要求低，而且价格要便宜，不需要太强的电力动能，但是总的来说电动汽车的资源应该充分利用。

再一个我在这里确实要呼吁一下，储热、储氢要发展，不仅仅是储电，锂电池已经研究很多了。

3、高可靠性低损耗电力电子技术。其中主要以所谓宽禁带电力电子器件的发展。这个常规的电源比性能还是稍差一些，所以用新一代的电力电子器件来代替传统的，难度也确实很大。

4、高强度绝缘技术和超导输电技术。现在我们输电都是架空输电线，但是输电也有环境问题，特别对环境的限制，我们几十公里又要送电，又要送石油，高度集中在这一条很窄的走廊通道里面，是很不安全的，也是很难保证的。所以把电缆做得小，精度高，气体地下管道的输电要做得好，国家重点的攻关计划提出一个超导的液化天然气共同输送的一个能源管道，这是很好的一个概念。

5、新一代人工智能技术。人工智能大家看了很多，特别是大数据时代的人工智能，基于超强的数据获取能力和计算能力，基于无所不在的传感网，计算能力也是超强，这样我们就可以实现浅层到深层神经网络的技术。另外从算法来说，从单纯依赖数据驱动的模型到与知识引导相结合。作为电网来说，还是可以考虑这个问题的，能源系统可以考虑，基于先进传感、物联网、大数据、云计算、深度学习、区块链等信息通信、互联网化人工智能技术，应用于电网的智能设备、智能调度、智能交易，有可能颠覆传统电力系统的设备管理、系统调度、能量管理和交易方式。

最后，建设清洁低碳、安全高效的新一代能源系统是我国新一轮能源革命的核心目标，能源转型是实现这一目标的关键步骤。这个新一代电力系统实际上是新一代能源系统的核心，电力系统以化石能源为主，向可再生能源为主转型，将对能源转型目标的实现起关键作用。

第三代电力系统是100多年来第一、二代电力系统的传承和发展，是推动能源转型发展、构成新一代能源系统核心的新一代电力系统。

高比例可再生能源、高比例电力电子装备接入电网，多能互补综合能源以及信息物理深度融合智能化电网，是新一代电力系统的显著技术特征。